機(jī)器人的焊接方法

1、1.焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成焊接機(jī)器人是一種高度自動化的焊接設(shè)備.采用機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)是焊接制造業(yè)的開展趨勢,是提升焊接質(zhì)量、 降低本錢、 改善工作環(huán)境的重要手段.機(jī)器人焊接作為現(xiàn)代制造技術(shù)開展的重要標(biāo)志己被國內(nèi)許多工廠所接受,并且越來越多的企業(yè)首選焊接機(jī)器人作為技術(shù)改造的方案.焊接機(jī)器人是裝上了焊鉗或各種焊槍的工業(yè)機(jī)器人.工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動限制系統(tǒng)涉及數(shù)學(xué)、自動限制理論等,內(nèi)容很多.采用機(jī)器人進(jìn)行焊接,光有一臺機(jī)器人是不夠的,還必須配備外圍設(shè)備.常規(guī)的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)由以5局部組成.1、機(jī)器人本體,一般是伺服電機(jī)驅(qū)動的6軸關(guān)節(jié)式操作機(jī),它由驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器等組成.

2、它的任務(wù)是精確地保證機(jī)械手末端悍槍所要求的位置、姿態(tài)和運(yùn)動軌跡.2、機(jī)器人限制柜,它是機(jī)器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件和一些專用電路,負(fù)責(zé)處理機(jī)器人工作過程中的全部信息和限制其全部動作.3、焊接電源系統(tǒng),包括焊接電源、專用焊槍等.4、焊接傳感器及系統(tǒng)平安保護(hù)設(shè)施.5、焊接工裝夾具.習(xí)慣上所說的電動機(jī)伺服系統(tǒng),是指速度限制、伺服電動機(jī)和檢測部件三局部；而且,將速度限制局部稱之為伺服單元或驅(qū)動器.根據(jù)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),它通常有四種根本結(jié)構(gòu)類型：開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)及混合閉環(huán).伺服單元的硬件一般由五局部構(gòu)成：1實(shí)現(xiàn)軸伺服電機(jī)的PID限制、或FUZZY模糊限制、或其它限制規(guī)律的伺服限制單片機(jī)

3、；2伺服限制模板,其功能是實(shí)現(xiàn)限制單片機(jī)輸出數(shù)字量的D/A轉(zhuǎn)換與輸入到單片機(jī)的模擬量的A/D轉(zhuǎn)換；3伺服驅(qū)動功放,一般機(jī)器人的軸驅(qū)動電機(jī)的功率多在100W1000W的范圍,多屬中等功率,為此,由伺服限制模板給出的限制信號必須經(jīng)功率放大才能推動電機(jī);4伺服電機(jī)是焊接機(jī)器人的軸伺服限制系統(tǒng)的限制對象.5伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置檢測裝置轉(zhuǎn)速、位置傳感器.轉(zhuǎn)速、位置檢測裝置的功能是實(shí)時(shí)檢測軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)角位移量,并將實(shí)時(shí)檢測結(jié)果反應(yīng)給電動機(jī)伺服系統(tǒng),以形成電動機(jī)伺服的閉環(huán)或半閉環(huán)限制系統(tǒng).即便是開環(huán)限制系統(tǒng),一般也需要電動機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)角位移量的實(shí)時(shí)檢測參數(shù).因此,轉(zhuǎn)速、位置檢測裝置是機(jī)器人的軸伺服限

4、制系統(tǒng)極重要的組成環(huán)節(jié).焊接機(jī)器人的軸伺服限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稱為主從限制方式：它是采用主、從兩級限制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部限制功能.主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)軸伺服限制系統(tǒng)的治理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作協(xié)調(diào)限制.主從限制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好,適于高精度、 高速度限制,但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差,維修困難.焊接機(jī)器人的軸伺服限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還可采用所謂“分散限制系統(tǒng).對于小批量多品種、 體積或質(zhì)量較大的產(chǎn)品,可根據(jù)其工件的焊縫空間分布情況,采用簡易焊接機(jī)器人工作站或焊接變位機(jī)和機(jī)器人組合的機(jī)器人工作站.以適用于“多品種、小批量的柔性化生產(chǎn).對于工件體積小、易輸送.且批量大、品種規(guī)格多的產(chǎn)品.將

5、焊接工序細(xì)分,采用機(jī)器人與焊接專機(jī)組合的生產(chǎn)流水線,結(jié)合模塊化的焊接火具以及快速換模技術(shù),以到達(dá)投資少、效率高的低本錢自動化的目的.2機(jī)器人的焊接方法焊接機(jī)器人最早只在點(diǎn)焊中得到應(yīng)用,80年初,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的開展,弧焊機(jī)器人逐漸得到普及,特別是近十幾年來由于世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速開展,市場的劇烈競爭使那些用于中、大批量生產(chǎn)的焊接自動化專機(jī)已不能適應(yīng)小規(guī)模、多品種的生產(chǎn)模式逐漸被具有柔性的焊接機(jī)器人代替,焊接機(jī)器人得到了巨大的開展,焊接已成為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最大的領(lǐng)域之一,焊接機(jī)器人在汽車、摩托車、工程機(jī)械等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用.目前世界擁有的80余萬臺工業(yè)機(jī)器人中,用于焊接的機(jī)器人

6、可達(dá)40%以上.21適用于機(jī)器人的焊接方法熔化極：CO2氣體保護(hù)焊熔化極活性氣體保護(hù)焊(MAG)熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)非熔化極：鎢極惰性氣體保護(hù)焊等離子弧焊接與切割激光焊接與切割釬焊火焰切割點(diǎn)焊在上面的焊接方法中,90%以上的機(jī)器人用于熔化極氣體保護(hù)焊和點(diǎn)焊,進(jìn)年來隨著激光焊接與切割設(shè)備價(jià)格的降低,機(jī)器人在激光焊接與切割領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)量在逐年增加.2.1機(jī)器人焊接的特點(diǎn)2.1.1優(yōu)點(diǎn)A.自動焊接(1)焊槍不會振動,焊接速度不會改變,能得到均勻、漂亮的焊縫.(2)操作人員能遠(yuǎn)離噪音或高溫區(qū)進(jìn)行行業(yè).(3)由于焊接條件是恒定的,所以能提升焊接質(zhì)量.B.焊接條件具有重復(fù)性(1)不管什么時(shí)候,誰

7、來作業(yè)或在什么地方都能焊接成相同的產(chǎn)品.(2)在機(jī)器人上編制焊接工人所掌握的焊接條件之后,即便是新手也能進(jìn)行高質(zhì)量的焊接.(3)能重復(fù)使用曾經(jīng)用過的焊接條件,(而在半自動焊接時(shí),由于經(jīng)常要調(diào)整遙控盒上的旋鈕,所以缺乏重復(fù)性).C.降低生產(chǎn)本錢(1)能縮短生產(chǎn)節(jié)拍,所以能提升產(chǎn)量.(2)使用臨時(shí)工就能完成焊接作業(yè),所以減少了人工費(fèi)用.(3)不浪費(fèi)焊接材料,能節(jié)約消耗品.D.使用機(jī)器人帶來的效益(1)生產(chǎn)節(jié)拍明確,容易進(jìn)行生產(chǎn)治理.(2)能實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)行,機(jī)器人不會發(fā)牢騷.(3)能提升企業(yè)的形象.E.機(jī)器人焊接的特點(diǎn)機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)限制的、具有高度柔性的可編程自動化裝置,因此利用機(jī)器人焊接具有以下特

8、點(diǎn)：(1)機(jī)器人能適應(yīng)產(chǎn)品多樣化,有柔性,在一條生產(chǎn)線上可以混流生產(chǎn)假設(shè)干種類型產(chǎn)品.同時(shí)對于生產(chǎn)量的變動和型號的更改,能迅速的改良生產(chǎn)線的編組更替,這是專用的自動化生產(chǎn)線不能比較的,能發(fā)揮投資的長期效果.(2)使用機(jī)器人焊接,可提升產(chǎn)品質(zhì)量.為了使焊接作業(yè)機(jī)器人化,需要改變裝配方法和加工工序,所以要提升諸如供應(yīng)設(shè)備的零件、夾具、搬運(yùn)工具等的精度,這些關(guān)系到產(chǎn)品的精度和焊接質(zhì)量的提升,機(jī)器人化的結(jié)果,可得到穩(wěn)定的高質(zhì)量產(chǎn)品.(3)使用機(jī)器人焊接可提升生產(chǎn)率.機(jī)器人的作業(yè)效率,不隨作業(yè)者變動,可以穩(wěn)定生產(chǎn)方案,從而提升生產(chǎn)率.212機(jī)器人焊接時(shí)的主要考前須知A.必須進(jìn)行示教作業(yè)(注1)?在機(jī)器人

9、進(jìn)行自動焊接前,操作人員必須示教機(jī)器人焊槍的軌跡和設(shè)定焊接條件等.?由于必須示教,所以機(jī)器人不面向多品種少量生產(chǎn)的產(chǎn)品焊接注2B.必須保證工件的精度注3?機(jī)器人沒有眼睛,只能重復(fù)相同的動作.?機(jī)器人軌跡精度為0.1mm,以此精度重復(fù)相同的動作.?焊接偏差大于焊絲半徑時(shí),有可能焊接不好,所以工件精度應(yīng)保持在焊絲半徑之內(nèi).C.焊接條件的設(shè)定取決于示教作業(yè)人員的技術(shù)水平?操作人員進(jìn)行示教時(shí)必須輸入焊接程序,焊槍姿態(tài)和角度,電流、電壓、速度等焊接條件.?示教操作人員必須充分掌握焊接知識和焊接技巧.D.必須充分注意平安?機(jī)器人是一種高速的運(yùn)動設(shè)備,在其進(jìn)行自動運(yùn)行時(shí)絕對不允許人靠近機(jī)器人必須設(shè)置安全護(hù)欄

10、.?操作人員必須接受勞動平安方面的專門教育,否那么不準(zhǔn)操作.22焊接機(jī)器人的性能要求221弧焊機(jī)器人的性能要求在弧焊作業(yè)中,要求焊槍跟蹤工件焊道運(yùn)動,并不斷填充金屬形成焊縫,因此運(yùn)動過程中速度的穩(wěn)定性和軌道精度是兩項(xiàng)重要的指標(biāo).一般情況下,焊接速度可取550mm/s,軌道精度可取0-205mm.由于焊槍的姿態(tài)對焊縫質(zhì)量也有一定的影響,因此希望在根蹤焊道的同時(shí),焊槍姿態(tài)的可調(diào)范圍盡量大,還有其它一些性能要求,如擺動功能、焊接傳感器起始點(diǎn)檢測、焊縫跟蹤的接口功能、焊槍防碰功能等.1焊接標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定.起弧、收弧參數(shù).2擺動功能.擺動頻率、擺幅、擺動類型的設(shè)定.3焊接傳感器.起始點(diǎn)檢測、焊縫跟蹤傳感器的

11、接口功能.4焊槍防碰功能.當(dāng)焊槍受到不正常的阻力時(shí),機(jī)器人停機(jī),預(yù)防操作者和工具受到損壞.5多層焊功能.應(yīng)用該功能可以在第一層焊接示教完成后,實(shí)現(xiàn)其余各層的自動編程.6再引弧功能.引弧失敗后,自動重試.因此消除了焊接異常引弧失敗發(fā)生時(shí)引起的作業(yè)中斷,最大限度預(yù)防了因此而引起的全線停車.7焊槍校正功能.焊槍與工件發(fā)生碰撞時(shí),可通過簡單操作進(jìn)行校正.8粘絲自動解除功能.焊接終了時(shí)如果檢測出焊絲粘絲,那么自動再通電解除粘絲,因此不必手工剪斷焊絲.9斷弧再啟動功能.出現(xiàn)斷弧時(shí),機(jī)器人會根據(jù)指定的搭接量返回重新引弧焊接.因此無須補(bǔ)焊作業(yè).222點(diǎn)焊機(jī)器人的性能要求對于點(diǎn)焊機(jī)器人運(yùn)動速度是一個(gè)重要指標(biāo),要

12、求能夠快速完成小節(jié)距的多點(diǎn)定位例如每0.3-0.4秒移動30-50mm節(jié)距后定位；為保證焊接質(zhì)量,定位精度要求較高一般為0 25mm;并具有較大的持重50100Kg,以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗.23機(jī)器人選擇方法1機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型確實(shí)定機(jī)器人類型的選擇主要取決于機(jī)器人的目標(biāo)作業(yè)類型,如汽車底盤的點(diǎn)焊用四自由度的點(diǎn)焊機(jī)器人就夠了,復(fù)雜工件的焊接一般需要六自由度機(jī)器人.2手腕的容許載荷選擇機(jī)器人時(shí)首先要考慮機(jī)器人的最大承載水平,如對于OTC公司生產(chǎn)的DR-4000機(jī)器人其最大承載水平為6公斤,如以下圖表示.當(dāng)安裝標(biāo)準(zhǔn)焊槍時(shí)不會產(chǎn)生任何問題,但當(dāng)用于搬運(yùn)或其它類似的目的時(shí),還應(yīng)保證各腕部軸所承受的扭矩

13、和轉(zhuǎn)動慣量滿足手冊中規(guī)定的要求.3動作范圍確實(shí)定機(jī)器人的種類確定后,還要檢查其動作范圍是否滿足作業(yè)的要求.機(jī)器人的動作范圍一般指腕部軸的回轉(zhuǎn)中央P點(diǎn)的動作范圍.如下圖DR-4000機(jī)器人的動作范圍.在實(shí)際作業(yè)時(shí)由于裝有焊接工具,其作業(yè)范圍將發(fā)生變化,因而需要進(jìn)一步對其作業(yè)范圍進(jìn)行確認(rèn).使用焊接機(jī)器人應(yīng)注意的幾個(gè)問題24如何導(dǎo)入焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合.國內(nèi)在引用焊接器人應(yīng)用工程方面走過了一段曲折的道路,機(jī)器人的運(yùn)行情況不盡人意,分析其原因主要存在以下問題：1機(jī)器人及周邊設(shè)備選型不合理,系統(tǒng)配置不全或不當(dāng).2對國內(nèi)人員的培訓(xùn)沒有跟上,沒有完全掌握設(shè)

14、備的性能和使用方法.3缺乏足夠的售前、售中技術(shù)支持和良好的售后效勞.4機(jī)器人操作、維護(hù)人員不能相對固定或人員流失.5國外系統(tǒng)不適合國內(nèi)工藝現(xiàn)狀.1明確導(dǎo)入機(jī)器人的目的：1技術(shù)工人和熟練工人缺乏2使工人從危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中解脫出來高溫、搬送重物等3提升和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量4提升勞動生產(chǎn)率省人、省力5其他生產(chǎn)治理的要求,提升企業(yè)形象等.機(jī)器人導(dǎo)入目的的不同,機(jī)器人的選擇、機(jī)器人化的實(shí)現(xiàn)范圍以及經(jīng)濟(jì)的評價(jià)投資額亦不同.選擇焊接工件：1機(jī)器人適于的工件：多品種、中等批量.2高質(zhì)量的工件,工件的一致性誤差限制在一定范圍,因此首先應(yīng)從技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)的對象進(jìn)行,然后分步逐步解決.確定方案工程承攬方在對用戶原有生產(chǎn)線充

15、分考察的根底上,根據(jù)用戶提出的要求及工件的特點(diǎn),提出初步方案一般兩、三種,并與用戶充分討論,確定最終方案.討論的內(nèi)容包括：1工件的分析,包括：材料、結(jié)構(gòu)、圖紙、實(shí)物、技術(shù)要求分析.2前道工序的質(zhì)量確認(rèn)及分析3工藝條件及工藝參數(shù)初步分析4工藝路線劃分確定5焊接節(jié)拍和生產(chǎn)節(jié)拍分析6機(jī)器人選型和系統(tǒng)配置7周邊設(shè)備及夾具方案確定8設(shè)備布局與物流9經(jīng)濟(jì)評估10方案評價(jià)是否符合綜合性的省力、自動化的方向,是否符合規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化的方針,是否適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求,平安性可維護(hù)性等工程設(shè)計(jì)工程承攬方對確定的方案進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì),包括系統(tǒng)的配置選型,周邊裝置、夾具設(shè)計(jì),限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),焊接工藝的制定等,在該過程

16、中雙方互相勾通,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決.工程實(shí)施機(jī)器人、周邊設(shè)備及其配套設(shè)施的安裝、調(diào)試運(yùn)行,以及組織治理和人員培訓(xùn).后期維護(hù)是致關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié),也是用戶最關(guān)心的,如果后期維護(hù)跟不上,將影響整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行.目前國內(nèi)機(jī)器人工程使用效果不好,這也是一個(gè)主要原因.主要在于：1國外直接供貨的設(shè)備效勞跟不上,不管是售后效勞的及時(shí)性,效勞的質(zhì)量,解決問題的徹底性都比較差.2國內(nèi)代理的短期行為,只管自己掙錢,不考慮用戶使用的好壞.3培訓(xùn)人員由于語言的障礙,技術(shù)難度的障礙,沒有真正掌握設(shè)備的特性.4培訓(xùn)人員的流失或責(zé)任心不強(qiáng).沈陽自動化研究所做為機(jī)器人技術(shù)國家研究中央,做為日本OTC公司、安川電機(jī)和德國reis

17、公司的技術(shù)效勞中央,在承當(dāng)機(jī)器人應(yīng)用工程時(shí),采取如下舉措：1建立專門的生產(chǎn)效勞負(fù)責(zé)人,負(fù)責(zé)到底,直到用戶滿意.2國外進(jìn)口設(shè)備建立備品、備件庫以保證系統(tǒng)維護(hù)的及時(shí)性.3國內(nèi)任何地區(qū)承諾48小時(shí)到現(xiàn)場.4用戶人員無限期培訓(xùn),直到會用為止.5實(shí)行有效期保修效勞6長期效勞在質(zhì)量第一,用戶至上,精心設(shè)計(jì)制造,保持一流水平的我所質(zhì)量方針的指導(dǎo)下,沈陽自動化研究所機(jī)器人工程部將竭誠為廣闊用戶效勞,與廣闊用戶一起推動我國機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.各種焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成及周邊裝置焊接機(jī)器人的周邊裝置主要包括焊接變位機(jī)、移動滑臺、回轉(zhuǎn)工作臺、焊槍清理裝置等.1 .焊接變位機(jī)焊接變位機(jī)是通過傾斜和回轉(zhuǎn)動作,將工件置于

18、便于實(shí)施焊接作業(yè)位置的機(jī)械或機(jī)器.焊接變位機(jī)與機(jī)器人連用可縮短輔助時(shí)間,提升勞動生產(chǎn)率,改善焊接質(zhì)量.焊接變位機(jī)在機(jī)器人焊接作業(yè)中是不可缺少的周邊設(shè)備,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要焊接變位機(jī)可以有多種形式.從驅(qū)動方式來看,有普通直流電機(jī)驅(qū)動、普通交流電機(jī)驅(qū)動及可以與機(jī)器人同步協(xié)調(diào)運(yùn)動的交流伺服驅(qū)動.2 .移動滑臺移動滑臺也是焊接機(jī)器人的一個(gè)重要的周邊裝置,其主要用途是安置機(jī)器人或焊絲架,特別是在焊接大型工件時(shí),移動滑臺加大了機(jī)器人的工作范圍,移動滑臺的形式主要有以下幾種.3.焊槍清理裝置焊槍清理裝置主要包括剪絲、沾油、精渣以及噴嘴外外表的打磨裝置.剪絲裝置主要用于用焊絲進(jìn)行起始點(diǎn)檢出的場合,以保證焊絲的

19、干伸長度一定,提升檢出的精度；沾油是為了使噴嘴外表的飛濺易于清理；精渣是去除噴嘴內(nèi)外表的飛濺,以保證保護(hù)氣體的通暢；噴嘴外外表的打磨裝置主要是去除外外表的飛濺.4.自動換槍裝置用于不同填充材料的自動焊接.3.4焊接機(jī)器人的主要性能指標(biāo)焊接機(jī)器人的主要性能指標(biāo)以日本安川電機(jī)公司生產(chǎn)的Motoman-L10為例表示如下：名稱與型號Motoman-L10主要用途弧焊類別示教再現(xiàn)型坐標(biāo)型式多關(guān)節(jié)式自由度數(shù)5個(gè)抓重最大10kg包括夾鉗動作范圍與速度運(yùn)動參數(shù)列表如下:表3-1Motoman-L10運(yùn)動參數(shù)運(yùn)動自由度動作范圍速度整機(jī)擺動24090/s上臂俯仰+20-401100mm/s上臂前后40800mm

20、/s手腕穹曲180100/s手腕旋轉(zhuǎn)360150/s定位方式選用增量編碼器作為位置檢測元件限制方式重復(fù)式數(shù)字位置限制方式,可精確限制運(yùn)動軌跡重復(fù)定位精度0.2mm;(11)驅(qū)動方式電伺服采用交流測速發(fā)電機(jī)作為伺服電動機(jī)的速度檢測元件,實(shí)現(xiàn)速度反饋,并引進(jìn)力矩反應(yīng)；驅(qū)動源DC伺服電動機(jī)程序限制和存儲方式采用8位微處理Intel8080用半導(dǎo)體存儲器作為主存(盒式磁帶補(bǔ)充主存容量之缺乏)程序步數(shù)：1000步指令條數(shù)：600條(14)輪廓尺寸如下圖圖3-3Motoman-L10外形尺寸與動作范圍(15)重量本體400kg限制局部350kg外部同步信號輸入22點(diǎn)輸出21點(diǎn)177)電源AC220/220

21、V(+10%,-15%),50/60HZ1HZ,三相5KVA18 4焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成機(jī)器人要完成作業(yè),必須依賴于限制系統(tǒng)與輔助設(shè)備的支持和配合.完整的焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般有如下幾局部組成：機(jī)器人操作機(jī)、變位機(jī)、限制器、焊接系統(tǒng)(專用焊接電源、焊槍和焊鉗等)、焊接傳感器、中央限制計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的平安設(shè)備等,如下圖.根據(jù)用途,將工業(yè)機(jī)器人配置不同的焊接系統(tǒng),將組成不同的焊接機(jī)器人系統(tǒng),各種不同的焊接機(jī)器人系統(tǒng)的主要設(shè)備構(gòu)成如下表所示.( 1)弧焊機(jī)器人由于弧焊工藝早已在諸多行業(yè)中得到普及,弧焊機(jī)器人在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等許多行業(yè)中得到廣泛運(yùn)用.弧焊機(jī)器人是包括電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系統(tǒng),而性

22、能有特殊的要求.在弧焊作業(yè)中,焊槍應(yīng)跟蹤工件的焊道運(yùn)動,并不斷填充金屬形成焊縫.因此運(yùn)動過程中的速度穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項(xiàng)重要指標(biāo).一般情況下,焊接速度約為550nlm/s,軌跡精度約為士0.20.5加.由于焊槍的姿態(tài)對焊縫質(zhì)量有一定的影響,因此希望在跟蹤焊道的同時(shí),焊槍姿態(tài)的可調(diào)范圍盡量大,其一些根本性能要求如下所示：1設(shè)定焊接條件電流、電壓、速度等；2擺動功能；3坡口填充功能；4焊接異常功能檢測；5焊接傳感器起始點(diǎn)檢測、焊道跟蹤的接口功能.2點(diǎn)焊機(jī)器人汽車工業(yè)是點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)一個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域,在裝配每臺汽車車體時(shí),大約60%的焊點(diǎn)是由機(jī)器人完成.最初,點(diǎn)焊機(jī)器人只用于增強(qiáng)焊作業(yè)往已拼接好

23、的工件上增加焊點(diǎn),后來為了保證拼接精度,又讓機(jī)器人完成定位焊作業(yè)性能,具體來說有：6安裝面積小,工作空間大；快速完成小節(jié)距的多點(diǎn)定位例如每0.30.4s移動3050nlm節(jié)距后定位；3定位精度高土0.25mm,以保證焊接質(zhì)量；4持重大50100kg,以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗；5內(nèi)存容量大,示教簡單,節(jié)省工時(shí)；6點(diǎn)焊速度已生產(chǎn)線相匹配,同時(shí)按全可靠性好.33焊接機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成圖2-1焊接機(jī)器人系統(tǒng)原理圖機(jī)器人操作機(jī)時(shí)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),它由驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)器人臂、關(guān)節(jié)以及內(nèi)部傳感器編碼盤等組成.它的任務(wù)是精確的保證末端操作器所要求的位置、姿態(tài)和實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動.根據(jù)定義,工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)從

24、結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有三個(gè)以上的可自由編程的運(yùn)動關(guān)節(jié),可見其分為主要關(guān)節(jié)和次要關(guān)節(jié)兩個(gè)層次,不同數(shù)目和層次關(guān)節(jié)組合決定了相應(yīng)的機(jī)器人工作空間.由于具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的鉸接開鏈?zhǔn)綑C(jī)器人操作機(jī)從運(yùn)動學(xué)上已被證實(shí)能以最小的結(jié)構(gòu)尺寸為代價(jià)獲取做大的工作空間,并且能以較高的位置精度和最優(yōu)的路徑到達(dá)指定位置,因而這種類型的機(jī)器人操作機(jī)在焊接領(lǐng)域得到廣泛地運(yùn)用.變位機(jī)作為機(jī)器人焊接生產(chǎn)線及焊接柔性加工單元的重要組成局部,其作用是將被焊工件旋轉(zhuǎn)平移到最正確的焊接位置.在焊接作業(yè)前和焊接過程中,變位機(jī)通過夾具來裝卡和定位被焊工件,對工件的不同要求決定了變位機(jī)的負(fù)載水平及其運(yùn)動方式.為了使機(jī)器人操作機(jī)充分發(fā)揮效能,焊接機(jī)器人

25、系統(tǒng)通常采用兩臺變位機(jī),當(dāng)其中的一臺上進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí),另一臺那么完成工件的上裝和卸載,從而使整個(gè)系統(tǒng)獲得最高的費(fèi)用效能比.機(jī)器人限制器是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,它由計(jì)算機(jī)軟件、硬件和一些專用電路構(gòu)成,其軟件包括限制器系統(tǒng)軟件、機(jī)器人運(yùn)動學(xué)軟件、機(jī)器人限制軟件、機(jī)器人自診斷及自保護(hù)軟件等.限制器負(fù)責(zé)處理焊接機(jī)器人工作過程中的全部信息和限制其全部動作.所有現(xiàn)代機(jī)器人的限制器都是基于多處理器,根據(jù)操作系統(tǒng)的指令,工業(yè)限制計(jì)算機(jī)通過系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)對不同組件的驅(qū)動及協(xié)調(diào)限制.典型的焊接機(jī)器人限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖.焊接系統(tǒng)是焊接機(jī)器人完成作業(yè)的核心裝備,其主要由焊鉗點(diǎn)焊機(jī)器人、焊槍弧焊機(jī)器人、焊接限制器及水

26、、電、氣等輔助局部組成.焊接限制器是由微處理器及局部外圍接口芯片組成的限制系統(tǒng),它可根據(jù)預(yù)定的焊接監(jiān)控程序,完成焊接參數(shù)輸入、焊接程序限制及焊接系統(tǒng)的故障自診斷,并實(shí)現(xiàn)與本地計(jì)算機(jī)及手控盒的通訊聯(lián)系.用于弧焊機(jī)器人的焊接電源及送絲設(shè)備由于參數(shù)選擇的需要,必須由機(jī)器人限制器直接限制,電源在其功率和接通時(shí)間上必須與自動過程相符.圖3-2焊接機(jī)器人限制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖在焊接過程中,盡管機(jī)器人操作機(jī)、變位機(jī)、裝卡設(shè)備和工具能到達(dá)很高的精度,但由于存在被焊工件幾何尺寸和位置誤差,以及焊接過程中熱輸入能引起工件的變形,傳感器仍使焊接過程中尤其是焊接大厚工件時(shí)不可缺少的設(shè)備.傳感器的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)工件坡口的定位

27、、跟蹤以及焊縫熔透信息的獲取.中央限制計(jì)算機(jī)在工業(yè)機(jī)器人向系統(tǒng)化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化的開展過程中發(fā)揮著重要的作用.通過串行接口與機(jī)器人限制器相連接,中央限制計(jì)算機(jī)主要用于在統(tǒng)一層次和不同層次的計(jì)算機(jī)形成網(wǎng)絡(luò),同時(shí)以傳感系統(tǒng)相配合,實(shí)現(xiàn)焊接路徑和參數(shù)的離線編程、焊接專家系統(tǒng)的應(yīng)用及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的治理.平安設(shè)備是焊接機(jī)器人系統(tǒng)平安運(yùn)行的重要保證,其主要包括驅(qū)動系統(tǒng)過熱自斷電保護(hù)、動作超限位自斷電保護(hù)、超速自斷電保護(hù)、機(jī)器人系統(tǒng)工作空間干預(yù)自斷電保護(hù)及人工急停斷電保護(hù)等等,他們起到預(yù)防機(jī)器人傷人或周邊設(shè)備的作用.在機(jī)器人的工作部還裝有各類觸覺和接近傳感器,可以使機(jī)器人在過分接近工件或發(fā)生碰撞時(shí)停止工作.3.

28、焊接機(jī)器人的示教編程機(jī)器人是怎樣運(yùn)動的？焊接機(jī)器人是如何工作的？操作機(jī)器人進(jìn)行焊接需要掌握哪些焊接知識呢？通過本章的學(xué)習(xí),你根本上可以使用機(jī)器人來進(jìn)行焊接了.用機(jī)器人代替人進(jìn)行作業(yè)時(shí),必須預(yù)先對機(jī)器人發(fā)出指令,規(guī)定機(jī)器人應(yīng)該完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容,這個(gè)指示過程稱之為對機(jī)器人的示教(teaching),或者稱之為對機(jī)器人的編程(programming).對機(jī)器人的示教內(nèi)容通常存儲在機(jī)器人的限制裝置內(nèi),通過存儲內(nèi)容的再現(xiàn)(playback),機(jī)器人就能實(shí)現(xiàn)人們所要求的動作和要求人們賦予的作業(yè)內(nèi)容.機(jī)器人的示教方式有多種形式,但目前使用最多的仍然是示教再現(xiàn)方式.雖然示教再現(xiàn)方式機(jī)器人有占用機(jī)時(shí)、

29、效率低等諸多缺點(diǎn),人們試圖在傳感器的根底上使機(jī)器人智能化,目的是取消示教,但在復(fù)雜的生產(chǎn)現(xiàn)場和作業(yè)可靠性等方面到處碰壁,難以實(shí)現(xiàn),因此目前人們?nèi)匀幻撾x不了示教再現(xiàn)方式的狀態(tài).示教內(nèi)容主要由兩局部組成,一是機(jī)器人運(yùn)動軌跡的示教,二是機(jī)器人作業(yè)條件的示教.機(jī)器人運(yùn)動軌跡的示教主要是對為了完成某一作業(yè),焊絲端部所要運(yùn)動的軌跡,包括運(yùn)動類型和運(yùn)動速度的示教.機(jī)器人作業(yè)條件的示教主要是為了獲得好的焊接質(zhì)量,對焊接條件進(jìn)行示教,包括被焊金屬的材質(zhì)、板厚、對應(yīng)焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數(shù)、焊接電源的控制方法等.目前機(jī)器人語言還不是通用型語言,各機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己的機(jī)器人語言,給用戶使用帶來了很大的不便,但

30、各種機(jī)器人所具有的功能卻根本相同,因此只要熟悉和掌握了一種機(jī)器人的示教方法,對于其它種類的機(jī)器人就會很容易學(xué)會.3.1機(jī)器人的運(yùn)動軸及坐標(biāo)系機(jī)器人是由運(yùn)動軸和連桿組成的,而其運(yùn)動方式是在不同的坐標(biāo)系下進(jìn)行的,為了掌握機(jī)器人的示教方法,應(yīng)首先了解機(jī)器人的坐標(biāo)系及各運(yùn)動軸在不同坐標(biāo)系下的運(yùn)動.3.1.1機(jī)器人各軸的名稱機(jī)器人系統(tǒng)中,除了機(jī)器人本身外還包括一些周邊設(shè)備,如變位機(jī)、移動滑臺等.將運(yùn)動軸按其功能劃分為：機(jī)器人本體軸、基座軸和工作臺軸.基座軸和工作臺軸統(tǒng)稱為外部軸,如圖2.11所示.機(jī)器人本體軸屬于機(jī)器人本身,基座軸是使機(jī)器人移動的軸的總稱,主要為移動滑臺.工作臺軸是除機(jī)器人軸、基座軸以外

31、的軸的總稱,如變位機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)等.圖2.11機(jī)器人各軸的名稱3.1.2坐標(biāo)系分類及各軸的運(yùn)動在大局部商用機(jī)器人系統(tǒng)中,坐標(biāo)系一般分五類：關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、絕對坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系.機(jī)器人的運(yùn)動是根據(jù)不同的作業(yè)軌跡的要求,在這五種坐標(biāo)系下的運(yùn)動.3.1.2.1關(guān)節(jié)坐標(biāo)系機(jī)器人是有多個(gè)運(yùn)動關(guān)節(jié)組成的,在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的運(yùn)動,就是機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的獨(dú)立運(yùn)動如圖2.12所示.對大范圍運(yùn)動,且不要求機(jī)器人末端姿態(tài)的,那么選擇關(guān)節(jié)坐標(biāo)系.對外部軸來說,只有關(guān)節(jié)坐標(biāo)系可選.在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下,每個(gè)軸單獨(dú)運(yùn)動,關(guān)節(jié)運(yùn)動方式如下:軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動方式主運(yùn)動軸S一軸X+1X-S軸左右轉(zhuǎn)動L一軸Y+

32、2Y-L軸前后轉(zhuǎn)動U一軸Z+3Z-U上卜轉(zhuǎn)動腕運(yùn)動軸R一軸RX+4RX-R軸左右轉(zhuǎn)動B一軸RY+5RY-B軸前后轉(zhuǎn)動T一軸RZ+6RZ-T軸上卜轉(zhuǎn)動圖2.12關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下各個(gè)軸的運(yùn)動3.1.2.3絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系的原點(diǎn)定義為機(jī)器人的安裝面和第一轉(zhuǎn)動軸的交點(diǎn).X軸向前,Z軸向上,Y軸按右手規(guī)那么定義.在絕對坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系中,機(jī)器人的運(yùn)動指機(jī)器人末端點(diǎn)的運(yùn)動,在未裝工具時(shí),機(jī)器人的末端點(diǎn)指六軸法蘭盤的中央點(diǎn),在安裝工具后,機(jī)器人的末端點(diǎn)指的是焊鉗開口的中心點(diǎn)或焊槍的槍尖.在絕對坐標(biāo)系下,機(jī)器人末端軌跡沿定義的X、Y、Z方向運(yùn)動,其運(yùn)動方式如圖2.13所示軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動方式主運(yùn)動軸S-軸X+

33、1X-沿X軸力向運(yùn)動L一軸Y+2Y-沿Y軸力向運(yùn)動U一軸Z+3Z-沿Z軸力向運(yùn)動腕運(yùn)動軸R一軸RX+4RX-末端點(diǎn)位置不變,姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動B一軸RY+5RY-T一軸RZ+6RZ-3.1.2.3圓柱坐標(biāo)系圓柱坐標(biāo)系的原點(diǎn)與絕對坐標(biāo)系的相同,Z軸向上,軸方向?yàn)楸倔wS軸轉(zhuǎn)動方向,r軸平行于本體L軸,如圖2.14所示軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動方式主運(yùn)動軸一軸X+1X-繞S軸轉(zhuǎn)動r一軸Y+2Y-垂直Z軸運(yùn)動U一軸Z+3Z-沿Z軸力向運(yùn)動腕運(yùn)動軸R一軸RX+4RX-末端點(diǎn)位置不變,姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動B一軸RY+5RY-T一軸RZ+6RZ-圖2.14圓柱坐標(biāo)系及各軸的運(yùn)動3.1.2.4工具坐標(biāo)系工

34、具坐標(biāo)系定義在工具尖,并且假定工具的有效方向?yàn)閆軸,X軸垂直于工具平面,Y軸由右手規(guī)那么產(chǎn)生,如圖2.15所示.在工具坐標(biāo)系中,機(jī)器人末端軌跡沿工具坐標(biāo)的X、Y、Z軸方向運(yùn)動,機(jī)器人的運(yùn)動方式如下：軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動方式主運(yùn)動軸六軸聯(lián)動沿X軸力向運(yùn)動沿Y軸力向運(yùn)動沿Z軸力向運(yùn)動腕運(yùn)動軸末端點(diǎn)位置/、變,姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動3.1.2.5用戶坐標(biāo)系用戶坐標(biāo)系是用戶根據(jù)工作方便的需要,自行定義的坐標(biāo)系,用戶可根據(jù)需要定義多個(gè)坐標(biāo)系,如圖2.16所示.在用戶坐標(biāo)系下,機(jī)器人末端軌跡沿用戶自己定義的坐標(biāo)軸方向運(yùn)動,具運(yùn)動方式如下：軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動方式主運(yùn)動軸六軸聯(lián)動沿用戶定義的X軸方向運(yùn)動沿用戶定

35、義的Y軸方向運(yùn)動沿用戶定義的Z軸方向運(yùn)動腕運(yùn)動軸末端點(diǎn)位置/、變,姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動圖2.16用戶坐標(biāo)系及各軸的運(yùn)動3.1.2.6 TCP工具限制點(diǎn)固定功能除了關(guān)節(jié)坐標(biāo)系外,在其它坐標(biāo)系下都有TCP固定功能,即在工具限制點(diǎn)位置保持不變的情況下,只改變工具的方向姿態(tài)如圖2.17所示.在TCP固定功能下各軸的運(yùn)動如下軸每位對應(yīng)鍵運(yùn)動方式主運(yùn)動軸X+1X-Y+2Y-Z+3Z-TCP平移運(yùn)動方向取決于坐標(biāo)系腕運(yùn)動軸RX+4RX-RY+5RY-RZ+6RZ-末端點(diǎn)位置不變,姿態(tài)分別繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動在不同坐標(biāo)系下腕運(yùn)動軸的轉(zhuǎn)動方向是不同的.圖2.18、2.19、2.20分別為直角/圓柱坐標(biāo)系、工

36、具坐標(biāo)系和用戶坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸的方向.圖2.17TCP固定功能示意圖圖2.18笛卡兒/圓柱坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸圖2.19工具坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸圖2.20用戶坐標(biāo)系下的X、Y、Z軸3.1.3機(jī)器人的運(yùn)動類型和速度運(yùn)動類型決定機(jī)器人再現(xiàn)時(shí)各步之間的運(yùn)動路徑,再現(xiàn)速度是機(jī)器人末端點(diǎn)的運(yùn)動速率,通常每一步的位置數(shù)據(jù)、運(yùn)動類型和速度記錄在一起.3.1.3.1點(diǎn)位運(yùn)動類型點(diǎn)位運(yùn)動類型通常用于機(jī)器人向下一步運(yùn)動不需要特定路徑的場合.為了平安,示教第一步一般用點(diǎn)位運(yùn)動類型.點(diǎn)位運(yùn)動類型的速度用最大速度的百分比來表示.3.1.3.2直線運(yùn)動類型示教直線運(yùn)動類型時(shí),機(jī)器人沿直線運(yùn)動到該示教點(diǎn).直線運(yùn)動

37、類型一般用于作業(yè)路徑的示教,或?yàn)轭A(yù)防與周邊設(shè)備的干預(yù),在周邊設(shè)備內(nèi)部也采用祖先運(yùn)動類型.直線運(yùn)動類型的速度一般表示為cm/min或mm/sec.3.1.3.3圓弧運(yùn)動類型單個(gè)圓弧運(yùn)動類型的示教一般需要三點(diǎn),如圖2.21所示的P1、P2、P3點(diǎn).當(dāng)需要連續(xù)多個(gè)圓弧運(yùn)動時(shí),兩段圓弧運(yùn)動必須由一個(gè)關(guān)節(jié)或直線運(yùn)動點(diǎn)隔開,且第一段圓弧的終點(diǎn)和第二段圓弧的起點(diǎn)重合,如圖2.22所示的P4點(diǎn)既為重合點(diǎn).圖2.21單個(gè)圓弧運(yùn)動的示教圖2.22連續(xù)多個(gè)圓弧運(yùn)動的示教3.6焊接機(jī)器人的示教與編程用機(jī)器人代替人進(jìn)行作業(yè)時(shí),必須預(yù)先對機(jī)器人發(fā)出指令,規(guī)定機(jī)器人應(yīng)該完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容,這個(gè)指示過程稱之為對機(jī)器人

38、的示教(teaching),或者稱之為對機(jī)器人的編程(programming).對機(jī)器人的示教內(nèi)容通常存儲在機(jī)器人的限制裝置內(nèi),通過存儲內(nèi)容的再現(xiàn)(playback),機(jī)器人就能實(shí)現(xiàn)人們所要求的動作和要求人們賦予的作業(yè)內(nèi)容.對機(jī)器人進(jìn)行示教分直接示教和間接示教兩種主要方法,圖2.23對各種示教方法進(jìn)行了歸納,圖2.24為各種示教方法的形象示意圖.圖2.23工業(yè)機(jī)器人的示教方法圖2.24機(jī)器人示教方法的形象示意圖由于示教再現(xiàn)方式機(jī)器人有占用機(jī)時(shí)、效率低等諸多缺點(diǎn),人們試圖在傳感器的根底上使機(jī)器人智能化,目的是取消示教,但在復(fù)雜的生產(chǎn)現(xiàn)場和作業(yè)可靠性等方面到處碰壁,難以實(shí)現(xiàn),因此目前人們?nèi)匀幻撾x不

39、了示教再現(xiàn)方式的狀態(tài).目前機(jī)器人語言還不是通用型語言,各機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己的機(jī)器人語言,給用戶使用帶來了很大的不便,但各種機(jī)器人所具有的功能卻根本相同,因此只要熟悉和掌握了一種機(jī)器人的示教方法,對于其它種類的機(jī)器人就會很容易學(xué)會.下面以日本DAIHEN公司生產(chǎn)的OTC機(jī)器人為例,來說明焊接機(jī)器人的示教過程.3.6.1示教內(nèi)容圖2.25表示機(jī)器人限制器和用于示教的示教盒.示教盒由液晶屏幕和進(jìn)行各種操作、輸入條件等按鈕組成.圖2.25機(jī)器人的限制器及示教盒示教內(nèi)容主要由兩局部組成,一是機(jī)器人運(yùn)動軌跡的示教,二是機(jī)器人作業(yè)條件的示教.機(jī)器人運(yùn)動軌跡的示教主要是對為了完成某一作業(yè),焊絲端部所要運(yùn)動的

40、軌跡,包括運(yùn)動類型和運(yùn)動速度的示教.機(jī)器人作業(yè)條件的示教主要是為了獲得好的焊接質(zhì)量,對焊接條件進(jìn)行示教,包括被焊金屬的材質(zhì)、板厚、對應(yīng)焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數(shù)、焊接電源的限制方法等.圖2.26表示機(jī)器人的語言,在示教方式中,利用軸操作按鈕實(shí)際地引導(dǎo)機(jī)器人,進(jìn)行位置的登錄工作,輸入機(jī)器人的位置信息、焊接條件等,利用機(jī)器人語言編制程序.圖2.26機(jī)器人語言3.6.2示教舉例下面以一個(gè)簡單的例子來描述一下弧焊作業(yè)的根本示教過程.圖2.27焊接操作舉例如圖2.27所示,焊接從位置3開始到位置4為直線焊縫,位置4到位置5再到位置6為圓弧焊縫,位置6焊接結(jié)束.示教過程如下：(1)輸入文件名(2)操作機(jī)

41、器人到位置1,示教定位指令“P和運(yùn)動速度.(3)操作機(jī)器人到位置2,示教定位指令(或關(guān)節(jié)運(yùn)動指令)“P和運(yùn)動速度.(4)操作機(jī)器人到位置3,示教定位指令(或關(guān)節(jié)運(yùn)動指令)“P和運(yùn)動速度,輸入焊接開始指令“AS.焊接條件包括焊接電流、焊接電壓和焊接速度.(5)操作機(jī)器人到位置4,由于直線插補(bǔ)指令已經(jīng)自動選擇,只要用數(shù)字按鈕選擇塊操作時(shí)的速度即可.(6)操作機(jī)器人到位置5,這個(gè)位置是圓弧的中間點(diǎn),示教圓弧插補(bǔ)指令“C和運(yùn)動速度.(7)操作機(jī)器人到位置6,這個(gè)位置是圓弧的結(jié)束點(diǎn),示教圓弧插補(bǔ)指令“C和運(yùn)動速度,輸入焊接結(jié)束指令“AE.焊接結(jié)束條件包括焊接電流、電壓、填弧坑時(shí)間和滯后停氣時(shí)間.(8)操

42、作機(jī)器人到位置7,示教定位指令(或關(guān)節(jié)運(yùn)動指令)“P和運(yùn)動速度.(9)操作機(jī)器人到位置8,示教定位指令(或關(guān)節(jié)運(yùn)動指令)“P和運(yùn)動速度.(10)示教結(jié)束.按RESET鍵.3.6.3機(jī)器人示教存在的問題為了使機(jī)器人實(shí)際完成作業(yè),除了在一定程度上了解作業(yè)技術(shù)外,還必須熟練掌握機(jī)器人.3.6.3.1動作示教中存在的問題在示教方式中用示教盒操作機(jī)器人,把焊槍引導(dǎo)到所希望的位置上去,但存在以下各點(diǎn)使示教操作比較困難.1 .必須經(jīng)?？紤]坐標(biāo)系進(jìn)行示教,有時(shí)需要切換多個(gè)坐標(biāo)系,這就難以操縱焊槍向既定的方向移動.2 .為了調(diào)整機(jī)器人靠近工件的接近程度,必須切換不同的動作速度.3 .機(jī)器人的動作范圍是有限制的,

43、為了預(yù)防碰撞工件,需要一定的操作技巧.4 .機(jī)器人軸的運(yùn)動方向與坐標(biāo)系是一一對應(yīng)的,同時(shí)操縱兩根軸的運(yùn)動方向是很困難的.總之不是隨意就能對機(jī)器人進(jìn)行示教的,這就降低了示教效率,總擔(dān)憂會碰到工件,使人操作起來感到緊張.此外,不同的生產(chǎn)工廠其操作鍵的配置也是不同的,給示教者容易帶來混亂.3.6.3.2條件示教的問題點(diǎn)示教者必須具有一定水平的焊接作業(yè)技巧,同時(shí)還要掌握用機(jī)器人進(jìn)行焊接的特點(diǎn).例如必須掌握適用于工件的焊接速度、焊接電流、焊接電壓及焊槍姿態(tài)等,還能從焊接結(jié)果反過來進(jìn)行條件的修訂.這些用機(jī)器人進(jìn)行焊接的技巧是焊接技術(shù)人員經(jīng)過長期的實(shí)踐積累下來的,如何對這些技術(shù)進(jìn)行繼承和共同使用是一個(gè)難題.

44、3.6.3.3其他的問題點(diǎn)示教盒的問題在于鍵操作是個(gè)復(fù)雜的過程,很難一下子抓住操作系統(tǒng)的整體情況,摸索輸入情況和畫面顯示內(nèi)容需要一定時(shí)間,有時(shí)僅僅是輸入數(shù)據(jù)這一項(xiàng)就需要操作復(fù)雜的按鈕.此外,不熟悉計(jì)算機(jī)語言的人就不容易掌握使用字符的機(jī)器人語言,從而對其敬而遠(yuǎn)之.機(jī)器人程序中列舉的動作命令過多,即使熟練的技術(shù)人員也很難一下子看懂其動作內(nèi)容.為此,在進(jìn)行示教作業(yè)時(shí)必須頻繁地確認(rèn)作業(yè),從而降低了作業(yè)人效率.3.7焊接機(jī)器人的協(xié)調(diào)同步及獨(dú)立同時(shí)限制3.7.1協(xié)調(diào)同步及獨(dú)立同時(shí)限制的定義協(xié)調(diào)同步動作限制的英文為CoordinatedControlSystemSynchromotionSystem是指一個(gè)

45、限制裝置和一個(gè)限制操作板可以同時(shí)限制多個(gè)裝置機(jī)器人移動滑臺、焊接變位機(jī)或焊接機(jī)器人等,以保證焊接過程中焊槍相對焊縫的速度和角度保持不變.獨(dú)立同時(shí)限制的英文為IndependentControlSystemlESimultaneousControlSystegn獨(dú)立控制功能是針對協(xié)調(diào)限制而言的,是指兩臺或多臺機(jī)器人或工作站之間不相約束,各行其事的功能.在實(shí)際限制過程中,獨(dú)立限制與協(xié)調(diào)限制是融為一體的,可任意選擇.如圖2.28所示,系統(tǒng)由一臺機(jī)器人和變位機(jī)A和B組成,當(dāng)機(jī)器人焊接變位機(jī)A上的工件時(shí),機(jī)器人與變位機(jī)之間采用協(xié)調(diào)限制方式,變位機(jī)B那么采用獨(dú)立限制.如圖2.29所示的雙機(jī)器人組成的無夾具

46、焊接系統(tǒng),當(dāng)焊接時(shí)采用協(xié)調(diào)限制方式,當(dāng)焊后進(jìn)行焊槍清理及工件裝夾時(shí)那么采用獨(dú)立限制方式.圖2.28多工作站協(xié)調(diào)/獨(dú)立限制系統(tǒng)圖2.29雙機(jī)器人無夾具焊接系統(tǒng)3.7.2協(xié)調(diào)同步及獨(dú)立同時(shí)限制的形式1 .單工作站協(xié)調(diào)限制系統(tǒng)由一臺機(jī)器人限制器限制一臺機(jī)器人和一個(gè)轉(zhuǎn)胎,如圖2.30所示.圖2.30單工作站協(xié)調(diào)限制系統(tǒng)圖2.31雙機(jī)器人工作站協(xié)調(diào)焊接系統(tǒng)2 .多工作站協(xié)調(diào)獨(dú)立限制系統(tǒng)由一臺機(jī)器人和兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)胎組成,如圖2.28所示.3 .無夾具焊接系統(tǒng)有一臺機(jī)器人限制器限制兩臺機(jī)器人,其中一臺機(jī)器人作為夾具來使用,如圖2.29所示.5.雙機(jī)器人工作站協(xié)調(diào)焊接系統(tǒng)由一臺機(jī)器人限制器限制兩臺機(jī)器人和一個(gè)

47、轉(zhuǎn)胎,如圖2.31所示.3.7.3協(xié)調(diào)限制的優(yōu)點(diǎn)一、提升焊接質(zhì)量1.協(xié)調(diào)動作限制能適應(yīng)焊接工件和焊接電極之間的協(xié)調(diào)配合運(yùn)動,使焊槍與焊接外表之間的相對位置角和相對速度保持不變,且能使焊縫處于最正確的焊接位置,特別適于三維曲線焊縫的焊接.如圖2.32所示的管子相貫線的焊接,采用協(xié)調(diào)限制可使焊縫處于最正確的平焊位置.圖2.32采用協(xié)調(diào)限制焊接管子相貫線圖2.33長方形管子外外表焊縫的焊接2.使轉(zhuǎn)角處焊道不間斷地連續(xù)焊接,如圖2.33所示的長方形管子的外外表焊縫的焊接.二、提升生產(chǎn)率1.協(xié)調(diào)動作限制可以使工件在焊接過程中位置和姿態(tài)連續(xù)變動,節(jié)省了普通焊接系統(tǒng)工件位置和姿態(tài)再定位的時(shí)間,縮短了示教時(shí)間

48、,如圖2.32所示的管子相貫線的焊接,采用通常的焊接系統(tǒng)需要示教100點(diǎn),而采用協(xié)調(diào)限制只需要20點(diǎn).2.同時(shí)雙面焊接時(shí)可節(jié)省工件翻轉(zhuǎn)時(shí)間,縮短了焊接工作周期3.在“無夾具焊接系統(tǒng)中,焊接工件定位、夾持及工件的搬運(yùn)均由機(jī)器人完成,縮短了循環(huán)時(shí)間4.與傳統(tǒng)機(jī)器人相比可提升生產(chǎn)效率3040%三、縮減機(jī)器人系統(tǒng)的投資1 .雙面焊接時(shí)不需要翻轉(zhuǎn)設(shè)備2 .由于工件夾具所需的投資要比通用機(jī)器人高得多,因此“無夾具焊接系統(tǒng)可縮減成本3 .與傳統(tǒng)機(jī)器人相比可減少投資1020%4 .7.4協(xié)調(diào)及獨(dú)立限制系統(tǒng)的示教機(jī)器人的協(xié)調(diào)及獨(dú)立限制的示教對于不同種類機(jī)器人來說是不同的,但示教過程卻根本相同.下面以日本DAIH

49、EN公司生產(chǎn)的OTC機(jī)器人為例,來說明協(xié)調(diào)及獨(dú)立限制的示教過程.圖2.34協(xié)調(diào)運(yùn)動限制系統(tǒng)的配置舉例3.7.4.1機(jī)械裝置機(jī)器人的協(xié)調(diào)及獨(dú)立限制系統(tǒng)一般包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的機(jī)械裝置,因此在手動操作以前應(yīng)根據(jù)任務(wù)的要求選擇相應(yīng)的機(jī)械裝置.OTC機(jī)器人定義了以下四種機(jī)械裝置如圖2.34所示：機(jī)械裝置1：指安裝有工具焊槍、砂輪等的操作機(jī)工具側(cè)操作機(jī)tool-sidemanipulator機(jī)械裝置2：指安裝有移開工件裝置的操作機(jī)工件側(cè)操作機(jī)workpiece-sidemanipulator,在無夾具焊接系統(tǒng)中包含機(jī)械裝置2機(jī)械裝置3:指移開工具側(cè)操作機(jī)的移動滑臺機(jī)械裝置4:指移開工件側(cè)操作機(jī)的移動滑臺

50、或裝夾工件的變位機(jī)工件側(cè)變位機(jī)workpiece-sidepositioner機(jī)械裝置的選擇通過按鈕來切換.3.7.4.2坐標(biāo)系操作機(jī)可在以下坐標(biāo)系中進(jìn)行手動操作：3“關(guān)節(jié)坐標(biāo)系基座坐標(biāo)系笛卡兒坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系與單操作機(jī)系統(tǒng)不同,協(xié)調(diào)限制系統(tǒng)支持絕對坐標(biāo)系系統(tǒng).止匕外,在工件坐標(biāo)系下的運(yùn)動與在基座坐標(biāo)系下的運(yùn)動是有區(qū)別的.需要注意的是移動滑臺和變位機(jī)只在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下動J01.工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系是一個(gè)直角坐標(biāo)系,其原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向固定在工件側(cè),如圖2.35所示.當(dāng)工件移動時(shí)原點(diǎn)及坐標(biāo)軸方向的改變與工具坐標(biāo)系下類似,如圖2.36所示.當(dāng)工件側(cè)機(jī)械裝置不運(yùn)動時(shí),在工件坐標(biāo)系下

51、腕部軸的運(yùn)動與基座坐標(biāo)系下相同.即使工件側(cè)機(jī)械裝置方位發(fā)生了改變,只是改變了原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向,腕部軸的運(yùn)動將參考新的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸方向.2,絕對坐標(biāo)系絕對坐標(biāo)系固定在地基上,與機(jī)械裝置的方位無關(guān),如圖2.37所示.與工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系不同的是坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)軸的方向不隨機(jī)械裝置的方位而改變.圖2.35工件坐標(biāo)系圖2.36工件側(cè)機(jī)械裝置移動時(shí)的工件坐標(biāo)系圖2.37絕對坐標(biāo)系2.7,4.3手動協(xié)調(diào)運(yùn)動手動協(xié)調(diào)運(yùn)動是在協(xié)調(diào)運(yùn)動模式下的手動操作.當(dāng)手動操作一個(gè)機(jī)械裝置時(shí),與其搭配的機(jī)械裝置將一起協(xié)調(diào)動作并保持工具對工件的位置和角度不變手動協(xié)調(diào)運(yùn)動的設(shè)定條件可參考表1.3.表1.3手動協(xié)調(diào)運(yùn)動的設(shè)定條

52、件系統(tǒng)構(gòu)成選擇的機(jī)械裝置編號12341+2O-1+3X-O-1+4X-O1+3+4X-OO1+2+3+4O*1O*2OO2+3-XO-2+4-X-O2+3+4-XOO*1在工件坐標(biāo)系下不能手動協(xié)調(diào)運(yùn)動*2在工具坐標(biāo)系下不能手動協(xié)調(diào)運(yùn)動例如,當(dāng)系統(tǒng)由機(jī)械裝置1工具側(cè)操作機(jī)和機(jī)械裝置4變位機(jī)組成時(shí),只有選定機(jī)械裝置4才能進(jìn)行手動協(xié)調(diào)運(yùn)動,而選定機(jī)械裝置1時(shí)那么不能.從表1可以看出,當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)操作機(jī)時(shí),機(jī)械裝置3和4能進(jìn)行手動協(xié)調(diào)運(yùn)動,在這種情況下,操作機(jī)與機(jī)械裝置3或4同時(shí)運(yùn)動.當(dāng)系統(tǒng)中含有兩個(gè)操作機(jī)時(shí),所有的機(jī)械裝置1-4都能進(jìn)行手動協(xié)調(diào)運(yùn)動.手動協(xié)調(diào)運(yùn)動的機(jī)械裝置與其相配合的機(jī)械裝置的關(guān)系如表1.4所示.表1.4手動操作的機(jī)械裝置和與其相配合的機(jī)械裝置之間的關(guān)系手動操作的機(jī)械裝置相配合的機(jī)械裝置12213141注意：當(dāng)系統(tǒng)中含有移動滑臺或工具側(cè)操作機(jī)與工件側(cè)操作機(jī)相對距離較遠(yuǎn)時(shí),會存在手動協(xié)調(diào)運(yùn)動不能實(shí)現(xiàn)的區(qū)域,在這種情況下操作機(jī)將移動到手動協(xié)調(diào)運(yùn)動的極限位置.卜面